OCEANOGRAFIA

DEL GEOIDE POR MEDIO DE SATELITES

Po?"

Víctor PE~A Mancilla Capitán de navío (Rva)

Armada de Chile

*

Adaptación a una traducción del fo­lleto títulado: "National Aeronautics and Space Administration, Proyect GEOS-3",

March, 31, 1975, Washington, USA.

ALTIMETROS

- ESDE EL adve­~-==- nimiento de los

· satélites artificia­les, el hombre ha logrado un gran progreso en per­feccionar sus co­nocimientos en el

tamaño y forma de la Tierra. El segundo satélite norteamericano, Yanguard 1, lan• zado el 17 de marzo de 1958, determi­nó la parte constitutiva de la Tierra, con la famosa " forma de p era", durante la celebración del Año Geofísico Interna­cional de 1958.

Los objetivos particulares de los pr o­gramas de la NASA con los satélites ar­tificiales geodésicos han sido proveer una medición precisa de la superficie de la Tierra y una descripción matemática de su superficie y su campo gravitacional. Esos objetivos forman la base del Natio­nal C eodetic Sate!lite Program (NCSP), iniciado en 1964. Bajo la dirección de la NASA, el NCSP fue una operación conjunta entre el Ministerio de Defensa y el Ministerio de Comercio, con la par­ticipación de varias universidades y or· ganiemos internacionales, para satisfacer algunas de las necesidades geodésicas de los Estados Unidos.

El p rimer objetivo del Programa Geo­désico con satélites, era crear una total y completa red mundial de mapas geográ·

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íicos, con una exactitud de 1 O metros. Tales mapas, necesariamente, proveerían puntos a los geofísicos, para establecer referencias básicas para la medición fí. !ica de la Tierra. Esos puntos de refe· rencia común, han sido una importante contribución para el programa espacial. Uno de los primeros éxitos en el espacio, en 1959, fue la generación de los datos fundamen.tales del programa Mercurio, los que fueron usados como elemento' básico$ para const ruir una red de esta· ciones para rastrear sus trayectorias.

El segundo objetivo del programa NGSP era desarrollar un modelo mate· máticamente preciso del campo gravit.a· cional de la Tierra. Esa información re­veló interesantes detalles acerca de la dinámica del planeta y de su estructura. También ha tenido una significativa apli­cación en el C•pacio, el mejorar la capa­cidad de la predicción orbital y hacer poeibles misiones que requieren la deter­minación de poticiones de alta precisión.

Lo que sigue es una breve reseña his· tórica del programa de satélites geodé· sicos de la NASA:

J. Explorer-22 (Beacon Explorer-8) , lanzado el 1 O de octubre de 1964. Ade­más de estudia.r la lonosfc:ra, est~ satélite proporcionó la primera prueba de la es­tación terrestre rastreadora por medio del rayo laser, para ser empleada en es­tudios de rastreo y geodesia. (LASER, es el término de la sigla del inglés Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, que significa amplificación de luz mediante la emisión estimulada de radiación).

2. Explorer-27 (Beacon Explorer-C), lanzado el 29 de abril de 1965. Con ob­jetivos geodésicos primarios, esta misión llevaba osciladores ultra-estables para trazar con precisión el rastreo del efecto Dopp]er de las irregularidades orbitales, para la determinación del campo gravi­tacional. Los experimentos de rastreo con rayo Laser y los estudios de la Ionosfera, fueron continuados.

3. CEOS-1 (Explorer-29), lanzado el 6 de noviembre de 1965. Esta misión aportaba instrumentación básica, proveí­da por varias instituciones interesadM, como ser: Sistema Doppler de la Mari­na; Siste"Tla SECOR del Ejército, para la regulación electrónica del alcance o regulación del tiro; Señales ópticas de la

Fuerza Aérea; Reflectores Laser de la NASA, y sistemas de distancia y razón de cambio de la distancia. Esta combi· nación de instrumentos llevó a cabo dos importantes objetivos: a) la mayor parte de la capacid'ld de observación de lo!. Estados Unidos podía ser centrada sobre un eatélite, y b) los errores de un sistema particular podían ser descubier tos y corregidos por referencias a otros t i!temas.

4. PACEOS-1 (Passive CEOS), lan­zado el 19 de julio de 1966. Esta misión consistía en el uso de un satélite tipo ECH0-1. que es un globo de una capa­cidad de 10.000 lit ros de gas, lo que le proporciona un diámetro de 30 metros; e~tá hecho de una película de poliester y recubierto con una delgada capa de alu­minio para reflejar los rayos del Sol, de tal modo que se le pueda ver con facili­dad desde la Tierra. Por ob.!ervación del catélite PAGEOS-1 contra el fondo de las estrellas, las estaciones rastreadoras determinaron sus orientaciones mutua· mente.

5. GEOS-2 (Explorer-36), lanzado el 1 1 de enero de 1966. Esta misión fue ca­si idéntica a la del GEOS-1, sólo que se le agregó un equipo adicional de rayo laser y un nuevo sistema de radar.

6. SKYLAB. lanzado el 14 de mayo de 1973. Este laboratorio orbital, diri­gido por el hombre, fue equipado con un paquete de instrumentos titulado: Earth Resources Experiment Package (EREP), en el que se incluía una versión anticipada del radar·altimetro del saté­lite CEOS-3. Los datos obt: nidos del altímetro, proporcionaron una "eviden· cía de conceptos" para los instrumentos del satélite GEOS-3, y suministraron ejemplos localizados de datos de la to­pografía de la superficie del mar.

En adición a los datos tuministrados por esos satélites se ha adquirido una considerable información desde muchos otros satélites, cuyas características orbi· tales e instalaciones han contribuido a la Geodesia.

DESCRIPCION DEL PROYECTO

El propósito del proyecto GEOS-3 es di!eñar, desarrollar y lanzar un satélite oceanográfico·geodésico y ejecutar ex­perimentos en apoyo del programa de la

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NASA, titulado : "Earth and Ocean Phy­sics Applications Program" (EOPAP). El proyecto CEOS-3 aplicará )as técnicas de los satélites a las inv!stigaciones geo· científicas, como ser: la oceanografía y el estudio de la física terrestre, que es parte de la geología que estudia la com­posición física de la corteza sólida de la Tierra e interpreta los fenómenos físicos que la hayan afectado, para:

1. Demostrar la capacidad de e jecución y utilidad de los satélites altímetros pa­ra medir la geometria de la superficie del océano. Con una suficiente exactitud en la determinación de la posición geocén· trica de los navíos espaciales y con una suficiente altimetría, la geometría de la superficie del océano puede ser repre· sentada y pueden hacers! determinacio­nes del nivel del mar. Esto, a su vez, contribuirá a perfeccionar el conocimien· to del geoide, esto es, el nivd que asu­mirían las superficies del océano en la ausencia de vientos, corrientes y mareas; y una descripción inicial del comporta­miento del "tiempo de variación" (time· varying) de la superfü:ie oceánica y el más grande estado de "casi-: stabilidad" (quaai-steady state) de desviación de la superficie del mar del geoide, desniveles de la superficie de los mares, mareas, efectos geológicos sobre la superficie :!e los océanos, etc. La misión proporcionará datos para la detección y medición de la faz oceanográfica, tales como: estado del mar, altura de )as olas, y los mayores sistemas de corrientes marítimas.

2. Contribuir a la calibración, determi­nación de datos con exactitud y perfec­cionamiento de las bases terrestres pri· marias y los sistemas de rastreo de los satélites de apoyo. El perfeccionami!nto en la exactitud del rastreo terrestre, es­pecialmente el rastreo por medio del ra· yo Laser que, acoplado con las datos del altímetro, contribuyen a la solución de problemas, tales como: la detección y medición de las anormalidades de la gra· vedad y la variación t~mporal del cam­po gravitacional, la verificación de !a teoría de la deriva de ' los continentes, movimiento polar, movimientos tectóni­cos o telúricos, como ser los cambios en la estructura de la corteza de la Tierra, movimientos de las fallas terrestres y ro­tación de la Tierra.

3. Comparar y correlacionar los resulta· dos obtenidos para lograr provecho, tan· to de la observancia de datos como del resultado de los análisis.

Las actividades de la misión del CEOS-3 están programadas para un año de duración; sin embargo, los resultados del altímetro y la topografía de la su­perficie del mar, tienen gran posibilidad de obtenerse en alrede:!or de seis meses. Los datos ayudarán a perfeccionar los reoultados ¡;eodésicos y geofísicos del National Ceodetic Satellite Program (NCSP) y proporcionar un banco de en!ayos o pruebas para los nuevos siste­mas y técnicas que se espera contribuirán grandemente hacia los objetivos del EOPAP y, particularmente, al desarro­llo del SEASAT, un nu!vo satélite ocea­nográfico que está siendo planeado pa­ra ser lanzado en 19 7 8. Esta misión, también contribuirá a dar cumplimiento al Ministerio de Defensa en los rcqueri· mientas para la calibración del ra :lar de banda-C y a los requerimientos d!I altí· metro para los Ministerios de Defensa y Comercio.

Una amplia imagen de la oceanogra· f"8, de la ciencia y de informaciones de ingeniería resultarán del análisis d: los datos obtenidos desde el GEOS-3. Por ejemplo, 41 investigadores o equipos de investigación del gobierno, de las uni­ver!ida :les y de las organizacion: s in· dustrialcs, fueron seleccionados por pro­pooiciones sometidas a un concurso en octubre de 1972, para investigar los da­tos de vuelo en el espacio. Un análisis de los primeros datos a la vista, emp:· zará alrededor de dos •emanas des· pués que el satélite haya sido puesto en órbita y, además, se han hecho los arr:· glos necesarios para proveer a cada in­vestigador los datos apropiados, como una rutina diaria.

OBJETIVOS DE LA MISION

Los objetivos de la misión del CEOS-3, en orden de prioridad al lanzamiento. son: 1. Practicar y experimentar las honda· des de un satélite-altím:tro en órbita para: (a), determinar las posibilidades de ejecución y utilidad de un radar­altímetro, puesto en el espacio, para car·

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tografiar la topografía de la superficie del océano con una absoluta. exactitud de más o menos 5 metros y con una. rela­tiva precisión de 1 a 2 metros; {b), de­terminar la posibilidad de medición de la deflexión de la vertical en el mar; (c), determinar la posibilidad de medición de las alturas de las olas, y (d), contribuir a la tecnología de un futuro sistema de satélite-altímetro, con una capacidad de medida de 1 O centímetros. (Altimetría, parte de la Topografía, que tiene por objeto determinar las cotas de los dife­rentes puntos, con respecto a una super­ficie de referencia, generalmente la co­rrespondiente al nivel medio del mar).

2. Para dar un mayor apoyo como pun­to de calibración de la NASA y otras agencias terrestres del sistema de rad.tr en banda-C, proveyendo, puesto en el e!pa.cio, un sistema coherente de tra.ns­misor-respondedor de la banda-C. (Co­herent C-band transponder: La palabra tran!ponder está compuesta por T rans­mitter + Responder, y que consiste en una e!tación de radio o un juego de ra­dar que, al recibir una determinada se­ñal, emite, en respuesta, su propia se­ñal de radio o de radar, en otra longitud de onda. La palabra Coherent indica: que tiene ondas en fase y de una longi­tud de onda), para ayudar en la loca­lización de esas estaciones en el sistema. unificado de referencia geo-centro, es decir, centrado o con centro en la Tie­rra y de proveer una cobertura de ras­treo en apoyo de los experimentos con el radar-altímetro.

3. Practicar un experimento de rastreo de satélite-a-satélite con el Applications Technology Satellit ~ s-6 (ATS·6), em­pleando un sistema transmisor-responde­dor en banda-S, para medir directamen­te el corto período de aceleración im· partido a los vehiculos espaciales por el campo gravitacional y para determinar la posición de los vehículos espaciales, El sistema de rastreo de satélite·a-satéli­te, también será usado para retransmitir los datos del altímetro a través del ATS-6.

4. Para dar un mayor apoyo como un medio de intercomparación entre el an­tiguo y moderno sistema de medidas geodésicas y geofísicas. incluyendo el radar-altímetro, rastreo por sistema sa-

télite-a·satélite, banda-C, banda-S, rayo La.ser y sistemas de rastreo Doppler. 5. Para investigar el fen6meno de la di­námica de la corteza sólida. de la Tierra, tales como el movimiento polar, movi­miento de las fallas terrestres, rotación de la Tierra, mareas de la Tierra y con­firmar la teoría de la deriva de los con­tinentes con los precisos sistemas de ras· treo por satélite, tales como el rayo La­ser y Doppler.

6. Para perfeccionar con mayor apoyo las técnicas para la determinación de lns órbitas, la determinación de enlaces de interdatos, un patrón de la gravedad, por medio de un vehículo espacial equi­pado con retrorreflectorcs La.ser, transmi­sor-rcspondedor de bandn-C, tran!misor· rcspondedor de banda-S y radioseñales Doppler. 7. Para apoyar la calibración de los lu­gares de emplazamiento de la banda·S, en NASA's Space Tracking and Data Net· work (STDN), proveyendo un transm:­sor-respondedor de banda-S, situado en el espacio, para cooperar en la localiza­ción de una red de estaciones de referen· cia mundial para el sistema de rastreo y para cooperar en la evaluación del siste­ma unificado de banda-S, como una he­rramienta para la determinación con precisión de las órbitas y necesidades g eodésicas.

RASTREO SATELITE-A-SATELlTE

El vehfculo espacial CEOS· 3, que es­tá orbitando la Tierra fue lanzado el 9 de abril de 1975, bajo la dirección de la NASA.

El nuevo satélite oceanográfico-geo­désico ha sido designado como: Geody­namics Experimental Ocean Satellite - 3 ( GEOS· 3) : es el tercero de una serie de vehículos espaciales diseñados para ga· nar conocimiento de la. forma de la Tie­rra y su comportamiento dinámico. El satélite GEOS-3 fue lanzado por medio de un cohete tipo Delta, desde la W es­tern Test Range, cerca de Lompoc, Ca­lifornia, dentro de una órbita geocéntri­ca circular a una altura de 845 kilóme· tros, y en ella está circunvolando la Tierra, cada 1O1,8 minutos, en una tra­yectoria inclinada 65° retrógrados al

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ecuador. Su velocidad orbital es aproxi­madamente de 26.000 kilómetros rior hora.

La órbita del CEOS-3. deberá ser perfectamente conocida de tal manera que la altura m!dida sobre el nivel del mar por el altímetro, pueda ser exacta­mente calibrada. Para hacer esto, el GEOS·3 será rastreado, simultáneamen· te, desde las estaciones de Tierra por rayos Laser, por radiofaros Dopp\er, por radar de banda-C y radar de banda-S, así como también será rastreado por me­dio del satélite Applications Technology Satellite-6 (ATS-6), lanzado el año 1974, el cual está ubicado en una órbita geocéntrica estacionaria a 35.680 kiló· metros encima del ecuador, en una po­'ición al sur de Kansas City, Missouri.

El satélite ATS-6 fue lanzado el 30 de mayo de 19 7 4 desde Cabo Caña­veral, Florida, y tiene las sigui!ntes ca· racterísticas: su peso en vuelo es de 1.270 kilos, midiendo 15,7 metros de punta a punta de sus paneles solares y

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de una altura de 8,4 metros en su torre C!ntral. que estabiliza a una antena pa­rabólica orientable de 9 metros de diá· metro, a través de la cual se efectúan todas las comunicaciones. Al orbitar a la altura de 35.900 kilómetros (22.260 millas estatuto) el satélite permite un rendimiento de un 50% en el t ráfico de comunicaciones, tenlo de radio como de televisión con las estaciones terrestres.

El satélite ATS-6 y el GEOS-3, son controlados por la NASA, desde su Cen­tro E!pacial de Vuelos Coddard, en Gr!enbelt. Maryland. Durante el expe· rimento, el ATS-6 será comandado por la estación de rastreo en Rosman, North Carolina, para localizar su situación y para rKstrear al G EOS· 3. Las señales de mc:!iciones de distancia serán transmiti­das a l AT S-6 y por •istemas de relay al CEOS-3. Las scñal!s de distancia, junto con las condiciones del vehículo espacial, y los datos del experimento, serán retor· nadas a la estación Rosman a través del mismo lazo de comunicaciones. Ver Fi­gura 1.

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GRAFICO ORGANICO INIERCOMUN1CACION SAIELITE A SATEUlE Y ESTACIONES TERRESTRES.-

Figura 1.

Cuando el CEOS-3 desaparezca bajo el horizonte de la Tierra, en la parte in­ferior de su órbita, el ATS-6 continua­rá rastreando una trayectoria al otro la­do de la Tierra, indicando la localiza­ción del satélite geodésico. Tan pronto como el GEOS· 3 reaparezca sobre el horizonte de la Tierra . en su órbita su­p:rior, el ATS-6 lo tomará de nuevo a la vista, rastreándolo por más de un 50 % de su órbita. Al presente, las esta-

ciones terrestres sólo pueden obtener un rastreo efectivo de un 1 5 % de la órbi­ta. De esta manera, el satélite GEOS-6 tc1á el vehículo espacial mejor rastreado que ee haya lanzado por la NASA.

Las informaciones recogidas por este experimento y otros similares, contribuí· rán a una futura t ransición, desde el com· plejo eistema de rastreo por estaciones terrestres hacia un rastreo por satélites,

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denomina::lo Traclcing and Data Relay Satellite System (TDRSS). Al presente. dicho sistema está en su etapa de inves­tigación, el cual se :!pera colocar en operación a fines de la década del 1970. El 1iatema empleará dos veh(culos espa­ciales. puestos en órbitas geocéntricas es· tacionarias, tal como el ATS-6, para in· tcrcambiar órdenes de comando por sis­temas de relay, rastreo y datos de tele­metría entre un terminal centralmente localindo en tierra y un cierto número de vehículos espaciales que orbiten a la Tierra. a baja altura.

Para cooperar al mejor éxito d ~ la misión ASTP, a efectuarse el 15 de julio de 19 7 5, el satélite ATS-6, ser& utiliia­do en la operación conjunta del vuelo e!pacial Apolo • Soyut Test Proyect (ASTP), entre E.stados Unidos y Rusia. Las comunicaciones entre la nave Apo­lo y las estaciones rastreadora.s de tiena, !erán a base del ATS-6, incluso las trans­misiones de televisión en colores. Las comunicaciones se harán en ondas de 2.256,0 MHz y 2.077,4 MHt. Para lle­var a ef eclo este experimento, el satéli­te ATS-6 será trasladado o cambiado a una posición ubicada en la vertical del Lago Victoria, en Kenia, Africa. Las es­taciones de raslTeo ubicadas en Madrid, España, serán las encargadas de su con­trol, de las comunicaciones y demás ope­raciones con la nav~ Apolo. De esta ma­nera, se lograrán largos periodos conti­nuos de comunicaciones, que ae calcula en un valor efectivo de tres veces el que pudiera ser cubierto por las estaciones t!rrestres. Terminada esta misión, el ATS-6 será retornado a su posición ori­ginal.

Características del GEOS-3

El vehículo espacial CEOS-3 es un aparato compacto de forma octogonal que pera 340 kilos, de material de alu· minio, cuyas bases son troncos de pirá­mides. Mide 132 centímetros de ancho y 81 centím:tros de alto. Su estructura ea básicamente similar a la del CEOS-2, que fue lanz.ado el 11 de enero de 1968, teemplazándosele su pesada armazón para acomodar un peso adicional.

El satélite CEOS-3, como lo hemos !eñalado ont:riormente, t iene por obje­to principal realiza r experimentos para

probar y aplicar las técnicas de los saté­lites geodésicos a la geociencia, y en es­pecial a la oceanografía y a la flsica del sólido terrestre. Al satéli te CEOS-3, pa­ra cumplir eu objetivo, ee le ha dotado de los siguientes instrumentos:

1 . Un radar-altímetro, que constituye el primer aparato que se instala en un ve· hículo erpacial no tripulado, para de­mo!lrar la posibilidad y utilidad del uso del altímelTo a bor:lo de un satélite, pa· ra detectar y medir los más notables ras­gos oceanográficos, tales como: estado del mar, altura de las olas y los grandes !istemas de corrientes marinas.

2. Dos opa ra tos transmisor-respond!dor de banda-C, para sostener al altímetro y un sistema de calibración de banda-C. también como experimentación para de­terminar la exactitud de los sistemas pa· ra las investigaciones geométricas y gra­vimetrfa geodésica. 3. Un aparato tn.nsmisor-respondedor de banda-S, para el rastreo de satélite­a•tatélite y los experimentos del rastreo de1de la Tierra para medir en forma más precisa la órbita de los satélites y el campo r;:ravitacional. 4. Un dispositivo de retroneflectores de rayo Laser, compuesto por cristales de cuarto, para la medición de la distan· cia al satélite por frecuencias Ópticas. El anillo de reflectol':s, alrededor del cuerpo del satélite, ha sido diseñado en tal forma que, permite la medición con una exactitud de 1 O centímetros. 5 . Un sistema de radio Doppler que tranrmitirá en dos fr:cuencias coheren­tes para obtener con precisión el dato de razón de cambio en distancia del saté­lite.

El rodar altímelto, los retroneflectores La1er y el variado conjunto de antenas, e1tán montados sobre una plataforma ba1e que estará siempre orientada hacia la Tierra.

Las euperficies exteriores del cuerpo del utélite llevan ocho paneles de célu­las fotoeléctricas solares. El conjunto de células solares están proyectadas pa.r;i proveer el máximo de potencial eléctri­co de salida y la íluctuac.ión media. dia­ria mínima, en la exposición del satéli te a la luz solar, al orbitar la Tierra. Se han montado sensores digitales solares de po· sición de vuelo, debajo de tres paneles

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de células solares, en colocación ecuato­rial. Estos sensores proveerún inform.a· ción a los tistemas d: orientación del ratélitc en relación relativn al Sol.

Los aparatos transmisores·rcspondedo­rcs de las bandas e y s y el sistema Dopplcr están montados en el satélite. También, incluidos en el satélite ~stán el !Íllema de comando, el de telemetría y la~ b:iter!as conectada.s al conjunto de célul:is solares. También se le ha mon-1:ido un mngnetómetro·vector de tres ejet, para medir la orientación del saté­lite con retpecto al campo mngnético de la Tierra, y un clectromagneto para es­tnbilizarlo magnéticamente.

En el centro de la base exterior del ratélite, se ha colocado un brazo teles­cópico de 600 centímetros de largo, en cuyo extremo se le ha fijado una masa con un peso de 4 5 kilos. Tal disposición, tiene por objeto proveer un preciso sis­tem:i de ~stabilización del gradiente de fa gravedad, después que el ratélite se hay:i mngnéticamente estabilizado den­tro del campo gravi tacional exterior de la Tierra. En esta forma, In masa situa· da en ese punto oscilará o e: balanceará

a medida que el vehículo espacial circun­vuele al geoide, en su trayectoria orbital fija, tal como lo hace una pelota atada al extremo de un cordel. de tnl manera que el radar altímetro, las antenas, los retrorrcflcctores Laser, cte., estén siem­pre orientados hacia In Tierra. El braza es t !letc6pico por medio de un motor eléctrico colocado dentro del cuerpo del rotélitc, a fin de graduar su lon¡itud y, con ello, mantener el momento de iner­cic circular de acuerdo a las variacionC$ del campo gravitacional. T ambién hay un volante, tal como un giroscopio, que manti:nc un constante momento de iner­cia, que le permite una completa estabi­lización en sus tres ejes axiales.

El CEOS· 3 está considerado coml' un enlace entre el National Ceodetic Satelli­te Program (NCSP), y el futuro NASA Earth and Ocean Physics Applications Progrom (NEOPA).

El vehículo C$paciol CEOS-3 y sus ins­trumentos tienen un co sto de 12,5 millo· nes de dólares; el vehículo de lanza­miento Delta, alrededor de 4.5 millo­nes do dólares.

Fi¡;ura 2.

OCt:ANOCllAFIA DEL CEO!DE 467

LAS INVESTIGACIONES

La m1s1on del GEOS-3 conducirá in­vettigaciones en 13 categorías espcdfi­ce.s, a saber: 1. Determinación d el Geoide O ceano­

gráfico E!ta categoría incluye todas las inves­

tigaciones para la determinación de la geometría del nivel medio del mar, usan­do solamente los datos de la altimetría o en combinación con otros tipos de datos.

Las observaciones del satélite altíme­tro proporcionarán las mediciones de la altura del fatélite sobre la superficie del océano. Este dato puede ser usado direc­tamente para calcular el geoide oceano­gráfico, siempre que la posición del saté­lite pueda ser determinada con suficiente exactitud y/ o rectificar errores en la po­tición de éste.

Las investigaciones en esta categoría pue::len necesitarse para la combinación de la información del altímetro con la información del geoide, obtenidas desde las existentes superficies gravimétricas, información del satélite sobre el campo gravitacional y la posición de la estación geocéntrica ( Gravimetría).

Un importante resultado que se espe· ra obtener del altímetro del GEOS-3, es perfeccionar la descripción del geoide oceanográfico. Al presente, el conoci· miento mundial del geoide oceanográfi­co es provechoso •olamente por los da­tos :le! satélite del campo gravitacional , el cual, a lo más, define variaciones con anchuras del orden de 1.500 kilómetros o máe. El satélite altímetro, con precisión y/ o exactitud de 1 a 2 metros, tiene el potencial para aumentar, en gran parte, el conocimiento del geoide oceanográ­fico, en aquellas partes importantes del océano en donde no existen datos deta· Hados de la gravedad superficial , como también, contribuyendo a aumentar la precisión en aquellas áreas en donde exitten datos acerca de la gravedad su­perficial y otros tipos de gravedad.

2 . Mareas Oceánicas

Al presente, la mayoría de las Tablas de Ma reas, son hechas con los datos ob­servados en estaciones costeras, en don-

de los efectos de las mareas están fuer­temente influenciados por las condiciones batimétricas local:s. Aunque existen va­rias teorías, que permiten computar es· pccu!ativamente Ja, mareas oceánicas profundas, sólo se han hecho limitados números de mediciones de las mareas oceánicas p rofundas, utilizando los rna· reógrafos de fondo.

El altímetro del GEOS-3 tjene el po­tencial para una rápida determinación global de las mareas oceánicas. El GEOS-3 permitiría la evaluación de va­rias técnicas par:1 la recuperación de da­tos de marcas desde las mediciones del altímetro del satélit!. Para ayudar en es­ta evaluación, los análisis de mareas pro­venientes de los datos del altímetro del GEOS-3, se determinarán por medio de los datos reunidos en á reas donde la exactitud del fondo del mar es conocida por medio de mareógrafos de fondo.

3 . Determinación del estado del mar

En a::lición a las distancias dadas, en­tre el vehículo espacial y la superfi cie del océano. da tos proporcionado" por el al· tímetro del GE.OS-3, por medio del aná­lisis de las características de los impul­rns de retorno, se espera proporcionar una información sobre el estado del mar. En particular. información sobre la altu­ra media de las olas, período de las olas, y aun determinarse la dirección de la propagación de las on:las.

Aunque se han realizado estudios teó· ricos y análisis de los datos de radares­altímetros efectuados por avion:s. se ne­cesita un considerable empeño para de­terminar el 1trado al cual diversos tipos de datos del estado del mar pueden ser extraídos desde un satélite altímetro. e identificar los meiorcs métodos para lo­grar la extracción de esas informacio­nes. La mayoría de las investigaciones planeadas para el CEOS·3. para la de­terminación de los análisis del estado del mzr, están dirigidas a la evaluación de la factibilidad e identificación de los me· jorcs métodos a través de cotejar resul­tados obtenidos del altímetro del GEOS-3 con las reales condiciones del estado del mar, por las informaciones obtenidas en tierra y con los datos obtenidos por )os instrumentos de radar desde asrona­vcs localizadas.

468 n EVI STI\ DE l\IAIUNI\ CJU Ll0°ACO,,'TO

En adición a los análisis de los datos del CEOS-3, en términos de parámetros del cslado del mar, el objetivo de estas investigacion!s incluye el dCJSarrollo de informaciones para U!arse en el diseño de futuros satélites radares altímetros. y la determinación del potencial de obli­cuidad introducido en el altímetro para la determinación de la topografía de la tupcrficie del mar, debido al estado del mar.

4. Desviaciones casi estacionarias del Geoide marino

Esta categoría incluye todos los anñli­sis de los datos del altímetro, proyecta· dos para investigar las desviaciones no periódicas del nivel del mar, desd~ los valores esperados. baeados en el presen­te conocimiento del campo gravitacional. También incluye análisis de los datos del altímetro para determinar el desnivel de lo~ mares asociados con tales fenómenos. como las corrientes y vientos estableci­dos.

La topograHa de la .uperficie del mar. que será medida por el altímetro d ! l CEOS-3, es una función primariamente de variación de la fuerza de gravedad sobre la superficie de la Tierra, cambios en la presión atmosférica des:le un pun­to a otro sobre la superficie del océano, estructura de la densidad en la columna de agua, efectos de los vientos sobre la t uperficie. efectos dinámicos debido a las corrientes oceánicas y efectos de las mareas. Si solamente, estuvieran pr!sen­tes las fuerzas gravitacionales, incluyen­do la rotación de la Tierra, la topogra­fía de la superficie d e los mares coin­cidiría con el geoide.

Los efectos d ! las variaciones de la pre!iÓn atmosférica, fuerzas del viento y mareas, son de tiempo-variable. con una razonablemente alta frecuencia tempo­ral. Los efectos de la estructura de la d : nsidad de la columna de agua y co­rrientes, son usualmente considerados como deeviaciones casi-estacionarias d el geoide, aun cuando los efectos de las corrientes cambian en áreas restringidas de la superficie.

Una :le las pretensiones primarias de la NASA's Earth and Ocean Physics Applicat ions Program (EOPAP) es d~·

te rminar, desde las mediciones altimé­lricas, poeiciones de partida para la to­pog rafía de la superficie del mar desde el ¡¡eoide marino, ocasionado por el mo­vimiento de las aguas. Li razón pMa es­tas intereeantes posiciones reside en el hecho que la v-:locidad y el volumen de a gua en movimiento pueden ser :leduci· dos desde et os puntos de partida.

5. Perfeccionamiento de un Modelo d e

la Gravedad

E!ta categoría contiene todos los aná· lisis del altímetro del CEOS-3, y los da­tos de rastreo, los cuales tienen como objetivo ulterior, la determinación y per­feccionamiento de un modelo :le! campo grz vitacional de la Tierra. Estos llevan implícitos ambos análisis de las pertur­baciones normales. combinándolas con los datos de rastreo del GEOS-3, con da· tos de otros satélites y análisis en el cual ee incluyan informaciones de la altura del altímetro desde el geoid·e y del ex­perimento de valuación del rastreo saté­lite-a-satélite, así como otros datos de rartreo, cambiándose con informaciones exiEtentes, para perf:ccionar un modelo del campo gravitacional.

El perfeccionamiento de los modelos exietentes de la g ravedad es un requi­cito peora alcanzar las metas del EOPAP, det de tr:s puntos de vista. Primero: pa­ra satisfacer un número de metas del EOPAP se requiere mejorar la determi­nación de las órbitas de los satélites, las cuales, en gran parte, dep: n:len del per­fecto conocimiento de un modelo de la gravedad. Segundo: determinación de los efectos de las corrientes oceánicu cobre la topografía d~ las superficies de los mares. las que requieren una alta exactitud en los geoides, con los cuales pueda aer comparada la topografía su­perficial del mar, derivada del altíme· tro. El incremento de la exactitud del geoide requiere un incremento en la exactitud del conocimiento del campo gravitacional. Finalmente, la interpreta­ción de un campo gravitacional perfec­cionado, ofrece el potencial de incremen­tar el conocimiento de la placa tectónica y, por tanto, el mecanismo que produce los terremotos.

ID'l$) OC&ANOCttAnA Dt:L C&OIOE 469

Las inlormaciones sobre el campo gra­vitacional pueden ser derivadas de los datos del CEOS-3. de tres maneras: ( 1) por la combinación de inlorm:iciones so­bre las perturb:iciones del CEOS-3, des­de los datos de rastreo, con los datos desde otros satélites, en un análisis ge­neral de perturbaciones; (2) por análi­tis de los datos de rastreo de satélite-a­ta télite, por sistema Ooppler, tiene por objeto medir los cambios o variacion :s en distancia que se verifiquen entre los vehículos espaciales, como una indica­ción de las anomalías locales del campo gravitacional de la Tierra. La estructura del cnmpo gravitacional de la Tierra u de gran interés científico, porque es una de las guias de la distribución in terna de 111 masa de la Tierra. Los datos de las anomalías de la gravedad contribuirán a los estudios geológicos y geofísicos, es­tudios de la deriva de los continentes, te­rremotos, actividades volcánicas y recur­!Os minerales, y (3) por transformació:i de los datos del altímetro, de su altur:i sobre el geoide, a una información de irregularidades g ravitacionales. Las in­vesti¡aciones también incluyen las com­binaciones de los datos del CEOS-3, con las informaciones del campo grnvitacio­nal desde otras fuentes.

6. lnvestigaeionC$ Geológicas

Una importante aplicación d e los re­cuitados del geoide, que se derivará de los d atos del alt ím:tro del CEOS-3, se· rá la interpretación en términos de efi­caces reiultados geológicos y geofísicos. Los resultados del altímetro del CEOS-3, pueden :cr de particular valor para ex­tender la inlormación hacia ártas en las cuales poca o ninguna información exis­te, al presente, de la gravedad superfi­cial.

7. Dinámica del Sólido Terrestre

Etta categoría comprende todos los análisis implicados en la de terminación de las marcas de la Tierra, movimiento polar y cambios en la velocidad de rota­ción de la Tierra. También incluye la determinaci6n de posiciones muy preci· sas sobre la sup trficie de In Tierra, usan­do los datos de rastreo del GEOS-3, co-

mo pua la determinación de los movi­mientos de las fallas y movimientos de la corte2a terrestre.

La alta precaston del rnstreo del CEOS-3 particularmente con el sistcm'il Latcr, con una precisión de submúltiplos del metro, permitirá deducciones que mejorarán ampliamente las inlormacio­nes robre la dinámica del sólido terres­tre. Atimismo, podrán haceuc detcrmi­nz.cioncs sobre los efectos de las mareas del sólido de la Tt: rra, y de los movi­mientos de los polos de la T ierra, inclu­yendo el movimiento Chandler, el mo­vimiento anual y el bamboleo diurno.

El movimiento Chandler de los polos, llamado así en homenaje a su descubrí· dor, el as trónomo norteamericano Seth Cario Chandler, Boston, Mauachuse th, septiembre 17 de 1846 - \Ve\lcsley. Mars., diciembre 31 de 191 3. Reci­bió, en 1896, una medalla de oro, otor­gada por la Sociedad Astronómica de Lon:!res. por la det:rminación de las le­yes de las variaciones o movimientos en latitud de los polos terrestres. Este fenó­meno consiete en un cambio de posición d:l cíe de rotación de la Tierra, con res· pecto a los ejes gcométTicos de su figu­ra. E:to trae por consecuencia una va­riación de la posición del eje del polo norte, motivando un cambio con respec­to de la cort : za terrestre. Este desplaza­miento i e ha calculado en unos 9. 144 metros. desde su posición media. Este movimiento cauea una variaci6n en las latitudes de todos los puntos, cuyas po­siciones han sido determinadas con res· pecto al ecuador terrestr:.

8. lntcrcomparación, Evaluo.ción y Ca­libración de los Stttemas l nslrumen­ta!es

Esta categoría comprende todas aque­llas investigaciones cuyos objetivos son la evaluación y calibración del altíme­tro, rastreo de satéli te-a-satélite y los ins­trumentos de rastreo terrestre, que serán u!ados con la misión del C EOS-3. Se in­cluyen también las evaluaciones de los instrumentos instalados a bordo del sa­télite y los del sistema terrestre. Todns las investigaciones de intercomparación instrumental y los estudios relacionados con la tecnología de la instrumentación, también están en esta categoría.

470 J':EVISl'A DE.MARINA !JULIO-AGOSTO

Puesto que los eitperim:ntos, satélite­a·eatélite, involucran nuevos instrumen­tos, se dará especial énfasis a la evalua­ción y calibración de esos resultados.

9 . Determinación del ajuste d e los d atos terresti·es

Esta categoría incluye toda investiga­ción cuyo objetivo es la recopilación de datos de sistemas basados en estaciones tcnestres, buques científicos y aeronaves y el uso d ~ estos datos para valorar los eistemas característicos del satélite.

10. Perfecdonamiento en la ubicación d e Estaciones d e rastreo terrestre

Esta categoría lleva en sí todas las in· v:stigaciones de!tinadas a determinar la localización de las estaciones de rastreo, en donde el objetivo principal y natural sea geodésico y no para propósitos de la dinámica de la T ierra.

Diversos tipos de datos de rastreo to­mados por el satélite GEOS-3 serán usa­dos para coopsrar en el perfeccionamien­to de las informaciones para la ubica­ción de las estaciones de rastreo, las que serán altamente útiles en apoyar la cali­bración del altímetro y en los proyectos de otros objetivos. El GEOS-3 proveerá datos dssde las nuevas estaciones, los que serán de alta exactitud en compara­ción con los primitivos y datos desde los nuevos tipos de instrumentación, tales como las mediciones del Very Long Ba­seline lnterferometer (VLBI). El inter­ferómetro de gran base, es un instrumen­to que utiliza el fenómeno de interferencia de la luz, para la determinación precisa de las longitudes de onda, estructura es· pectral fina, índices de refracción y los pequeños desplazamientos lineales.

11. P erfeccionamiento en la determina­ción de las órbitas

Indirectamente, puede confiarse que los resultados del GEOS· 3 servirán para perfeccionar la determinación d: las ór­bitas, al mejorarse las informaciones so· bre la existencia del campo gravitacio­nal. Sin embargo, las investigaciones de e!ta categoría acentuatán las informacio· nes de nuevos tipos de rastreo, tales co-

mo el experimento de rastreo de satélite· a-satélite y los datos del altímetro y su capacidad para acentuar el mcjoramien· to en la determinación ds las órbitas.

12 . Proceso para el manejo e informa­ción d e d atos

Esta categoría incluye investigaciones cuyos objetivos eon el desarrollo de mé· todos y técnicas para maneiar y proce­rar los datos tomados por los variados equipos instrumentahs del GEOS-3. Es­tos incluyen también los p rocedimientos para la redacción de datos y técnicas de preprocesamiento. Específicamente, las investigaciones serán dirigidas directa­mente hacia aquellos sist:mas que, se su­pone, serán muy útiles en las futuras ac· tividades aplicables a la Tierra, a la fí­!ica de los océanos y que admiten un avance en las técnicas aplicables a futu­ras actividades.

13 . Sistemas únicos de investigacion es

Tr:s investigaciones del GEOS· 3 está1l exclusivamente asociadas con una instru· mentación específica y que no interfie­ren dentro de las 1 2 categorías prece· de.n tes. Una de las investigaciones trata con los estudios atmosféricos, utilizando los datos d: rastreo del experimento sa­télite-a-satélite tomados a través de !a atmó!fera, mientras que las otras dos se relacionan con el altímetro y el sistema de banda-C.

CARACTERISTICAS DEL VEHICULO D E LANZAMIENTO

El satélite GEOS-3 fue lanzado d!sde el Space Launch Complex 2 West (SLC· 2W), estación de la Western Test Range, cerca de Lompoc, California, por un ve­hiculo tipo Delta de dos etapas. El pro· yecto del cohet: es controlado técnica­mente por el Coddard Space Flight Cen­ter, en Greenbelt, Maryland: la indus­tria constructora es McDonnell Douglaa Astronautics Co., de Huntington Beach, California. El cohete tiene las sigui~ntes características:

Altura total 32 metros, incluyendo la cubierta protectora del satélite. Diáme·

1175) OCfJ\l.:OCRAl'lA DEL CEOIOC 471

tro máx.imo 2,40 metros, ain incluir los cohetes auxiliares reforzadores, acopla­dos a la base de la primera etapa.

Peso total al despegue: 110.165 kilos. Impulso al despegue: 1. 375.000 ncw­

tonios, incluyendo los cuatro cohetes auxiliares reforzadores de combustible sólido, acoplados a la primera etapa. (N:wtonio: unidad d e Fuerza, en el sis­tema de unidades M. K . S. Es la fuerza que, al actuar sobre un cuerpo de 1 kilo de mata, le produce una aceleración de 1 metro por segundo por segundo. Equi­vale a 105 dinas).

Primera etapa

Consiste de un largo estanque tipo Tbor, producido por sus fabricantes, la McDonnell Douglas Astronautics Co .. con motores tipo MB-lll·B, producidos por la industria Rocketdyne Division of Rockwell lnternational, y tiene las si­guientes características:

Altura total: 18 metros. Diámetro exterior: 2,40 metros. Combustible: parafina tipo RP- 1 como

comburente, y oxígeno (LOX), como oxidante.

Impulso de 780.000 newtonios. Tiempo de quema, alrededor de 228

!egun:!o~.

Peso, alrededor de 84.600 kilos, e.X· cluyendo a los cohetes auxiliares reforza­dores.

La máquina principal est:i montada en una a rticulación cardán para proveer el control de declive y de guiñada, desde el deepcguc hasta el corte d: la máquir.a principal. Dos máquinas vernier de com · buctible líquido, proveerán el control del balance, a través de la operación de la primera etapa y el declive y guiñada, desde el corte de la máquina princip'll hasta la separación de la primera etapa de la segunda.

Cohetes A uxiliares Reforzadores

Los cohetes auxiliares reforzadores, de combustible sólido, están acoplados dia­metralmente a 90° a la base de la pri­mera etapa y tienen por objeto aumentar la capacidad de empuje en forma consi-

derable; por esta d isposición, al cohete Delta se le llama también cohete de propulsión aumentada.

Cuatro cohetes tipo Castor 11, fabri-cados por Thiokol Chemical Corp.

Diámetro exterior: 0,80 metros. Altura total: 7 metros.

Peso total, cada uno 4.4 75 kilos -1 7. 900 kilos.

Empuje máximo, cada uno 23 1.400 newtonios - 925.600 newtonios.

Tiempo total de quema 38 se¡;undos.

Segunda Etapa

Fabricada por McDonnell Douglas Astronautics Co., usando una máquina a cohete tipo m\V TR-201. El instrumen­tal del sistema de dirección inercial es tá incluido en esta etapa y ha sido fabrica­do por Hamilton Standard and Teledync.

Propelcntes: Como combustible líqui­do aerozono 50 para el comburente, y tetróxido de nitrógeno N204, como oxi­dante.

Diámetro: 1,50 metros, más la envol­tura de pro tección del sa télite de 2. 40 metros.

Altura total 6,40 metros. Peso: 61.800 kilos. Empuje, alrededor de 42.300 newto­

nios. Tiempo total d~ quema: 335 segundos. La máquina ptincipal está montada en

una a rticulación cardán para proveer el cont rol de declive y de guiñada, desde el momento del encendido de la segun· da etapa. Un sistema de gas nitrógeno, urando ocho toberas fijas. proveerá ~I control de balance, durante el tiempo que demore en obtener su potencia de 'uelo y avance por inercia, así como también el control de declive y guiñada durante au vuelo inercial y después del corte de la segunda etapa. Dos toberas fijas, alimentadas por el sistema de es­tanque de sobrecarga de helio propelen­te. proporcionarán la Fuerza de retroim­pulso, después de la separación del ve­hfculo espacial, para desviarla de la tra­yectoria de la carga útil o satélite, evi­tando colisiones.

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OPERACIONES DE LANZAMIENTO

Las operaciones de lanzamiento d: la NASA, situadas en la costa occidentdl de los Estados Unidos, serán conducidas por el Kennedy Space Center' s Unman­ned Launch Operations, W estern Launch Operations Division (\VLOD) . La esta· ción ettá ubicada en la Rase Vanderberg Air Force, cerca de Lompoc, California. aproximadamente a 125 millas al nor­oe•te de Los Angeles, y a 280 millas al sur de San F ranci!co. Su situación, en un

promontorio cercano a la punta Ar¡:üe­llo, permite efectuar el lanzamiento ha­cia :! Océano Pacífico, en dirección al su r, permitiendo colocar a la car¡:a útil en una órbita polar o muy cerca de ella. t in necesidad de sobrevolar áreas den· rnmente pobladas.

En la tabla adjunta se proporciona la •ecuencia :le! procedimiento del lanza­miento.

EVENTOS DEL LANZAMIENTO DEL GEOS-3

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Evento Tiempo Altura V elocidad .Segundos Kms • M /Segs.

Desp,gue o o o Quema 4 motores combustible sólido 9 .¡ .4 448

De,prendimiento de los 4 motores 120 26 475

Corte de la máquina principal 272 96 4. 179

Separación 1/ 11 etapas 280 104 4 . 174

Ignición de la 11 etapa 285 109 4 .164

D e•prendimiento fu•elado protector 305 126 4 .267

Primer corte de la 11 etapa 576 185 7.854

Reencendido de la 11 etapa 3. 41 9 842 7. 140

Segundo corte de la 11 etapa 3.426 842 7.314

Separación del sa télite 3.50 1 840 7. 315